Взаимодействия молекул и ионов в водных растворах Растворы неполярных веществ

Растворы можно подразделить на две больщие группы растворы неполярных веществ и растворы электролитов (ионные растворы). В растворах первой группы растворенное вещество находится в виде нейтральных молекул, а в растворах электролитов — полностью или частично в виде ионов. Разумеется, электростатические силы взаимодействия ионов значительно усложняют свойства растворов а потому лучще начать рассмотрение со свойств водных растворов неполярных веществ. [c.174]

Хорошо известно, что органические соединения, особенно неполярные, могут абсорбироваться на поверхности или внутри мицелл. Это приводит к увеличению их растворимости в водных растворах и часто к изменению химической активности. В то же время именно мицеллы, а не индивидуальные молекулы ответственны за изменение скорости органических реакций в водных растворах, содержащих ПАБ. Следовательно, удачный выбор поверхностно-активного вещества может способствовать увеличению скорости в 5—1000 раз по сравнению со скоростью реакции, протекающей в его отсутствие. В зависимости от типа мицелл создается повышенная концентрация ионов Н+ или 0Н в слое Штерна, что и обусловливает увеличение скорости реакции. Другие основные или нуклеофильные группы в мицелле также должны оказывать каталитическое действие. Гораздо более слабые взаимодействия между мицеллой и противоионами существуют в более широком слое Гуи — Чепмена, ширина которого (от поверхности мицеллы) составляет несколько сотен ангстрем в этом слое содержание ионов меняется плавно( плавный градиент ионов). [c.284]

Мицеллы представляют собой сферические агрегаты молекул ПАВ, содержащие от 20 до 100 молекул. Образование мицелл в водном растворе приводит к возникновению в водной фазе локальных неполярных сред. Любые растворимые в нефти вещества, такие, как краски, пигменты или неполярные масла, могут растворяться в мицеллах. Используя ионные и неионогенные ПАВ, можно получать смешанные мицеллы, которые часто больше по размерам и числу молекул в мицелле. Если раствор ПАВ содержит поверхностноактивный полимер, на поверхности раздела образуется смешанная адсорбционная пленка полимера и ПАВ. Взаимодействие полимер -ПАВ может происходить и на поверхности мицелл. Когда такие мицеллярные растворы нагнетаются в нефтяной пласт, происходит растворение нефти в мицеллах. [c.55]

Если растворяющееся вещество — потенциальный электролит, состоящий из более или менее полярных молекул (например, хлороводород), взаимодействие этих молекул с полярными же молекулами воды приведет к разрыву молекул растворяемого вещества на ионы, причем этот процесс будет протекать тем легче, чем более полярна связь в молекулах растворяемого вещества и чем более полярны молекулы растворителя (это естественно, так как сильнее притяжение между частицами переходящего в раствор вещества и молекулами растворителя). Например, этиловый спирт—менее полярный растворитель, чем вода, поэтому в спиртовых растворах ионизация растворенных веществ происходит слабее, чем в водных растворах. А в неполярных растворителях, таких, как бензол, тетрахлорид углерода и др., ионизация растворенных веществ обычно и вовсе не наблюдается. [c.90]

В водном растворе энергия взаимодействия компонентов зависит от влияния органических молекул на структуру жидкой воды. Суммарным проявлением этих взаимодействий является величина растворимости. Поэтому коэффициенты активности компонентов в адсорбционной фазе могут быть выражены через растворимость веществ и энергию их диполь-дипольного (или ионного) взаимодействия, характер которого в адсорбционной фазе может существенно отличаться от взаимодействия в жидкости из-за фиксированной ориентации на границе раздела фаз. Активность органических молекул в водных растворах при небольшой их растворимости с достаточным приближением учитывается степенью их ионизации. То обстоятельство, что водородные связи в водных растворах низкомолекулярных веществ играют основную роль, значительно облегчило понимание условий равновесия на границе раздела водный раствор — неполярный адсорбент и нахождение наиболее вероятной ориентации адсорбированных из раствора органических молекул. [c.209]

Было показано, однако, что иод каким-то образом взаимодействует с молекулами органической фазы так, что константа распределения в некоторой степени зависит от природы этой фазы. Можно предположить, что такой тип взаимодействия растворенного вещества с растворителем, иногда приводящий к образованию вполне определенных соединений (сольватов), широко распространен. В частности, такое явление наблюдается для большинства ионных соединений в водной среде, где полярные молекулы воды легко координируются всеми ионами, за исключением очень крупных. Координирование молекул воды сопровождается экзотермическим эффектом сольватации (гидратации) [уравнение (8.27)]. Энергия гидратации, однако, не выделяется в том случае, если образец экстрагируют в неполярный органический растворитель с низкой диэлектрической проницаемостью. Следовательно, ионные соединения обычно нельзя экстрагировать из водного раствора, если не подобрать какой-либо метод разрушения ионных зарядов. Этого можно достигнуть соединением ионов металла с подходящими хелатообразующими лигандами, которые имеют по одной электронодонорной и кислотной группе. В образующихся комплексах потеря энергии сольватации (гидратации) компенсируется энергией связей металл — лиганд. Ниже приведены типичные лиганды этого типа, которые были использованы в процессах жидкостной экстракции [c.355]

Молекулы всех поверхностно-активных веществ (ПАВ) являются дифильными, т. е. независимо от деталей их строения состоят из двух резко отличающихся по характеру взаимодействия с водой частей — неполярного гидрофобного радикала и полярной гидрофильной группы. Растворение ПАВ в воде происходит главным образом за счет взаимодействия полярных групп их молекул с водой. Энергия взаимодействия неполярных участков молекулы ПАВ с водой невелика и в любом случае значительно меньше энергии вандерваальсовского притяжения углеводородных радикалов друг к другу. Под влиянием гидрофобного взаимодействия эти радикалы исключаются из структуры жидкой воды, тогда как гидрофильные группы, образуя с молекулами воды систему ион-дипольных или водородных связей, существенно влияют на структуру водного раствора. При достаточной длине неполярных радикалов или полярной и неполярной составных частей молекулы ПАВ оба эффекта — исключение из структуры жидкой воды углеводородных участков и образование систем связи гидрофильных участков с жидкой водой — протекают в основном независимо. Вследствие этого состояние молекул ПАВ в водном растворе определяется балансом противоположно направленных взаимодействий, или так называемым гидрофильно-липофильным балансом. [c.5]

Когда ПАВ растворяют в воде, оно стремится адсорбироваться на поверхности газ - жидкость. Вследствие адсорбции на поверхности раздела устанавливается более высокая концентрация ПАВ, чем в объеме раствора. Выше критической концентрации, зависящей от структуры молекул ПАВ и физико-химических условий, эти молекулы ПАВ образуют агрегаты, называемые мицеллами (рис. 4.2). Такую концентрацию называют критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). Мицеллы представляют собой сферические агрегаты молекул ПАВ, содержащие от 20 до 100 молекул. Образование мицелл в водном растворе приводит к возникновению б водной фазе локальных неполярных сред. Любые растворимые в нефти вещества, такие, как краски, пигменты или неполярные масла, могут растворяться в мицеллах (рис. 4.2, Б). Используя ионные и неионо-генные ПАВ, можно получать смешанные мицеллы, которые часто больше по размерам и числу молекул в мицелле (рис. 4.2, А). Если раствор ПАВ содержит поверхностно-активный полимер, на поверхности раздела образуется смешанная адсорбционная пленка полимера и ПАВ. Взаимодействие полимер - ПАВ может происходить и на поверхности мицелл (рис. 4.2,6 и 4.2,Г). Когда такие мицел- [c.65]

В растворе молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно, так что реакционная способность вещества возрастает. По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах. Неполярные вещества, например липиды, отталкиваются водой и в ее присутствии обычно притягиваются друг к другу, иными словами, неполярные вещества гидрофобны (гидрофобный — водоотталкивающий). Подобные гидрофобные взаимодействия играют важную роль в формировании мембран, а также в определении трехмерной структуры многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и других клеточных компонентов. [c.110]

Реакции между веществами, построенными но ионному типу, протекают в водных растворах чрезвычайно быстро. Вещества, молекулы которых построены по ковалентному типу, реагируют во много раз медленнее. Среди подобных веществ наиболее медленно протекают реакции между неполярными молекулами. Полярные же вещества, в особенности с легкополяризуемыми молекулами, реагируют обычно значительно быстрее. Вообще, все факторы, усиливающие взаимное притяжение молекул, будут способствовать их взаимодействию (полярность молекул является важным фактором именно в этом отнощении). Геометрическая ориентация и форма молекул также влияют на окО рость, Х1имя-ческой реакции (пространственный или стерический фактор). [c.104]

Многие молекулы органических веществ, например жирные и нуклеиновые кислоты, белки, содержат неполярные участки (рис. 23, г), которые не способны взаимодействовать с водой (гидрофобные), и полярные участки, которые стремятся к образованию водных оболочек (гидрофильные). Гидрофильные молекулы в водных растворах образуют структуры, у которых неполярные гидрофобные участки находятся внутри структуры, а гидрофильные расположены на поверхности и взаимодействуют с молекулой воды. Образованные структуры называются мицеллами (рис. 23, д). Мицеллообразование играет большую роль в построении надмолекулярных структур и клеточных мембран. В таких структурах наблюдается высокая подвижность ионов, что обусловливает электровозбудимость мембран. [c.66]

Природа реагирующих веществ. Здесь большую роль играют как внутримолекулярные (химические), так и меж-молекулярные (ван-дер-ваальсовы) силы. Вещества с неполярными молекулами, как правило, реагируют между собой наименее быстро. Это является результатом прочности внутримолекулярных связей и сравнительной слабости межмо-лекулярных сил. С другой стороны, полярные вещества в водных растворах чрезвычайно быстро взаимодействуют между собой в виде ионов. При значительных силах взаимодействия между молекулами реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Полярность молекул является важным фактором именно в этом отношении. [c.27]

Растворимость молекулярных твердых тел зависит от природы образующих их молекул и прочности связи между молекулами. Полярные молекулы ряда галогенидов, образующие молекулярные решетки (например, Alj lg, Fe lg, H l), растворяются в воде и при этом ионизируются благодаря сильному взаимодействию возникающих ионов с водою (вследствие ковалентной и электростатической гидратации). Неполярные молекулярные вещества не могут растворяться в воде (например, твердые углеводороды), но они могут растворяться в неполярных органических растворителях, если энергия взаимодействия между молекулами в кристаллической решетке не слишком велика. Если же энергия взаимодействия между молекулами в решетке велика, то растворитель все же может проникать в промежутки решетки между молекулами, не разрушая ее полностью (явление набухания). Так набухает желатина в воде и водных растворах. Некоторые плохо растворимые в воде гидроокиси [М (ОН)2,А1(ОН)з и др.] обладают так называемыми слоистыми решетками, промежуточными между ионными и молекулярными. В этих решетках катионы и анионы расположены послойно, причем слой катионов окружен с двух сторон слоями анионов и в этих решетках возможно набухание — проникновение растворителя (конечно, полярного, поскольку гидроокиси полярны) в промежутки между слоями. Так образуются сильно оводненные осадки. [c.53]

Диэлектрическая проницаемость воды 80,2 при температуре 20° и 78,4 при 25 С. Это очень высокий показатель О для жидкости. Диэлектрическая проницаемость неполярной жидкости гексана СНз(СН2)4СНз составляет 1,87. Малые величины О характерны для многих органических растворителей. Сила. электрического притяжения, например таких ионов, как На+ и С1 , в гексане в 43 раза больше, чем в воде. Поэтому степень дис- социации НаС1 в гексане значительно меньше, чем в водном растворе. В связи с этим большое количество ионов остается в органических растворителях недиссоциированными. Вода — хороший растворитель для заряженных частиц и плохой для неполярных молекул. Известно, что молекулы некоторых вещестп, например таких, как белки, фосфатиды, имеют полярные и неполярные группы. Эти вещества в водных растворах могут образовывать мицеллы, в которых неполярные группы находятся в центре, а полярные — снаружи и взаимодействуют с водой. Такая особенность мицелл придает биологическим мембранам способность ограничивать проникновение воды в клетку и органеллы и выход воды из них П. Нобел). [c.104]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология